前言
21世紀科技創新爆炸的時代，人類與科技的關係愈來愈密切，科技教育的創新與否，也成為世界各國國家競爭力的主要依據。本研究藉由二位國小教師的科技創作歷程，探討先備知識與製作方式間的差異，從而找出先備知識在科技創作中的影響。
文獻探討
壹、科技創新
國內學者張玉山(李大偉 & 張玉山, 2000a, 2000b)認為所謂的科技創造力就是在科技活動中，所展現的創造力；其與一般的創造力不同之處，在於科技創造力的內涵將不只是多種意念的提出，同時，更要有工具的操作與材料的處理，最後也要有成果出現，也就是包含科技的程序。張玉山（1999） 認為科技創造力應以下列重點為主：（一）感受問題與確認目標；（二）多方構思與分析解決之道；(三)設計與實作；（四）鑑定產生結果；（五）評鑑影響。因此張玉山（ 1999） 將科技創造力定義為個體遭遇問題，澄清問題、評估問題、選擇最佳的方案，並確實的落實方案的一個歷程。
Jnassen（1997）認為，所有的創作必須基於領域知識的建立，其中以科技創造力更須創造者擁有最多的背景領域知識， Ram 和Leake（1995）
也強調，研發除了創造力思維活動外， 還需具有專業知識、基礎知識和應用知識等。綜上所述，科技創新是指科技活動中結合專業領域知識、個人、團體及環境等學習因素，做有系統、思考、有別於以往創作的一種科技活動。
貳、設計與製作
設計(Design)就是具有美感、使用與紀念功能的造形活動，英語的design源自拉丁語的desi-nare，是為「作－記號」的意思；按照國際工業設計協會（ICSID）對「設計」的定義來說：「設計是一種創造性的活動，主要是在整個系統中建立一個具有多面向特性的對象、流程與服務。因此，設計是以科技、創新、人文為主要成分的整合性活動，也是促成文化與經濟互動的關鍵因素。」研究者對設計的定義：設計是指從無到有的創造活動。製作(Manufacture)在本研究中是指從事科技活動中的一切行為動作。
參、先備知識
根據學者(霍秉坤,
2003) 提到有關先備知識的文章中提及，先備知識對學習成效有很大的影響，不少學者均表贊同 如(Bloom, 1982); (Cronbach & E.,
1977);(Dochy et al., 1999)。先備知識(prior knowledge)可簡單界定為「學生帶進學習過程的知識、技能或能力。」(Jonassen &
Grabowski, 1993)。它包括長期儲蓄的知識(permanent
stored knowledge)、知識基礎範疇下的先備知識(prior knowledge state
in the knowledge base)、檔案式記憶(archival memory)、經驗知識(experiential knowledge)、背景知識(background
knowledge)、個人知識(personal knowledge)等內涵。國內學者許健將亦提及建構主義者(constructivist)對於學習者知識建構過程所採取的主張是:知識的建立是來自於學習者本身的先備知識(prior
knowledge)與學習情境互動所產生的結果(Matthews, 1994; Yager, 1991; 郭重吉, 1988)。
本研究中的A、B二位老師是暑研所的同班同學，氣墊車的先備知識，主要來自平時的基本知能， A、B二位老師並無製作氣墊車的經驗。製作前，A老師只觀察教授提供之氣墊車模型及其基本設計架構和操作特性等。B老師除具有上述的經驗外，還加上觀察第一位老師創作時的歷程，包括設計過程中所遭遇到的問題，及氣墊車無法浮起及原地打轉等問題的解決策略等。
研究方法
本研究採取教室觀察法，觀察地點是高雄師範大學燕巢校區工教系教室。透過錄影機錄下兩位現職國小教師進行設計製作氣墊車的歷程，從影片中進行分析比較兩位教師在創作設計過程中，其先備知識與製作方式間的差異，從問題的察覺能力、問題的解決能力、問題的思考態度等，從而找出先備知識在科技創作中的影響。
研究發現
研究者進行資料訪談及分析後，發現兩位國小教師在進行設計製作氣墊車時會受到不少因素影響，因限於篇幅所限，茲列舉以下五點說明，僅就將訪談內容中較具意義的部分臚述如后：
（一）基礎知識的影響
A老師畢業於師範大學，曾修過製圖的學分，於上午先行製作，只短暫看了氣墊車的樣品；B老師畢業於師範學院，曾修過數理的學分，上午事先觀察A老師製作氣墊車的過程，下午才自行製作。
1.氣墊車外型的設計
發現：A老師與B老師所設計的外型不同，不同的原因是B老師要區別與A老師不同。
B老師以五邊形的造形做為氣墊車的基本造型，為了區別與A老師的製作方式不同，將外型直接改為五邊形(觀察：知識-認知001)。經研究者詢問為何要採用五邊形的做法，B老師表示：我覺得五邊形比較好，你們沒看到老師提供的模型中，就以五邊形造型的最好看，而且為了要區別和你們的不同(長方形)，我想要有不同的做法。
B老師雖是下午製作，且已觀察其他同學的製作過程，但因未仔細觀察氣墊車，因此他的察覺不夠深入，他以直覺的反應，直接切割五邊形的車底座，以表示外型有創意，對於氣墊車有關的學理基礎，並未考慮在內。
發現：A老師採取模仿方式進行設計
A老師雖是上午製作，只單純看過老師提供的樣品，但因具有製圖的先備知識，他採取模仿的方式，切割與老師模型一模一樣的氣墊車底座。A老師仿照老師提供的樣品，仿照老師展示的氣墊車外型切割，小心翼翼地切割長方形的氣墊車底座，長45公分，寬30公分(觀察：知識-認知001) …訪問A老師為何採用與老師的外型及類似的大小，A老師表示未曾有製作氣墊車的科技活動經驗，但看到老師提供的巿面上銷售相關產品，覺得外型大小及各項細部很重要，或許那會影響設計成果是否成功，因此，不改變氣墊車的外型。
主張：在對問題並不十分清楚的情況下，設計方式採取保守的策略，模仿是最直接的策略；與眾不同的想法，是製作者的創作需求。
2.繪製氣室的策略
A老師將扇葉放在中心點，用原子筆輕輕地在扇葉邊緣畫個記號，拿一個量尺量記號之間的長度，用一條細電線綁住筆心，用左手按住電線於中心點上，右手拿住筆心畫出一個圓(問題解決-解決策略003) …在教學現場，常告訴學生們要善用周遭可用的物品，由於現場沒有圓規，只好製作簡易的圓規來應急了；B老師以直尺及一支紅原子筆量取車子的中心點，左手按著風扇，右手拿著一支粗紅筆，沿著扇葉的頂端緩緩做記(經驗-技能002) …繪製圓形的氣室，雖然現場沒有圓規等的畫記工具，其實不必如此費心，只要利用扇葉在外觀慢慢地描繪即可。
發現：A老師有學過製圖的經驗，能直覺性地製作簡易工具來協助工作的進行。反觀B老師以風扇為中心點，以扇緣為半徑，慢慢地描繪圓周。
(二)經驗
1.繪製氣墊車氣室的重心
A老師畫二條交叉的對角線做為氣墊車的重心所在(知識-認知001)。繪製長方形的中心點是普通常識，在中小學就已學過了。B老師以直尺及一支紅原子筆畫取四角的對角線做為氣墊車的重心所在(經驗-認知001)。我在上午看A老師製作時是以長方型的兩條對角線做為中心點，因此現在我雖以五邊形做為車型的底座，但量測中心點的做法我是採用上午繪製長方形中心點的做法。依照數學的原理，五邊形的中心點選取法與長方形是不同的，顯然的B老師在這方犯了嚴重的錯誤。事後訪談中得知，B老師說因一直執著於「創新」的概念，導致一時的疏失，犯下如此大的學理錯誤。
2.氣室下擺的高度製作：
A老師將風扇組放回氣室墊上量測，看風扇需距車底多少的高度(思考-分析002) …當初我有考慮到車室與地面之間的高度，因為在上午看模型時，就覺得下擺的高度因車型大小而有不同，而且我認為風扇進氣量及風速皆會影響氣墊車能否移動的主要因素，在製作時就很注意此點。B老師用鐵尺量了3公分寬30公分長的長條保麗龍做為氣室的下擺(問題解決-解決策略003) …將車墊翻轉過來，再度切取如車底邊條的五條邊條(問題解決-策略評估004)，我在上午觀察時沒注意到下擺的高度問題會影響氣墊車浮起與運動，後來看到隔壁的同學因為下擺的問題導致車子無法移動，所以想想自己的氣室下擺高度似乎有調整的必要，所以再度割取同樣的邊條。
發現：A老師雖是上午製作的組別，但在觀察老師提供的氣墊車模型時有仔細注意到氣室下擺的高度。B老師上午觀察時未能注意到氣室間的下擺高度會影氣墊車浮起及影響風扇進氣力度的強弱。
(三)問題解決態度
1.風扇擺放位置
A老師比對風扇組之後，隨即割了二條約4公分寬的長條板，將風扇組放在其中(經驗-技能002)A老師思量了許久，再拿尺量了馬達的直徑，再看著車底墊，似乎在想該如何才好？(思考-綜合003)手持風扇組，小心翼翼地操作電池組與風扇之間是否聯接良好(問題解決-釐清問題002)。如此量測最主要是考慮到電池本身有重量，如果為了加大風力，勢必要增強電力，如此一來電池數要增加，支架所要承受的重量也增加，這些因素皆會影響氣墊車否能浮起移動。B老師拿取電池組，再拿馬達，將電池組直接放在馬達的中心處(經驗-情意003)將膠帶直接黏貼在馬達，在黏貼時有注意到膠帶的強度。原先是以四塊小保麗龍塊來黏貼馬達，試過之後，它的黏性無法黏牢馬達。看到隔壁桌的同學使用膠帶來固定，效果不錯，就跟著採用。
發現：A老師在考慮架設電池組時，考慮到二點事項，一是如何增加風扇的強度，二是如何減輕電池組的重量；B老師在考慮如何架設電池組時，考慮的因素為如何架牢，最後採用膠帶來固定。
2.氣墊車浮起解決方法
A老師將一條長條形的保麗龍板放在一側，用目測方式量取適量位置(經驗-技能002)，A老師再一次用手去檢測氣墊車風扇排氣的方向，結果如A老師預期(經驗-情意003)。A老師將製作好的氣墊車放至桌上，啓動開關，氣墊車仍然無法浮起(問題解決-問題發現001) …用眼睛觀察風扇葉片的狀況…將風扇調整過的氣墊車放至桌上，啓動開關，氣墊車浮起(問題解決-策略評估004)。改變進氣結構，採用兩塊直立保麗龍支持馬達，欲增加進氣量(思考-歸納001)表示採直立式結構可減少馬達上方遮蔽空間，可以增加進氣量、提昇浮力，使氣墊車浮起高度增加(經驗-認知001)。用手檢測風扇排氣的方向，是要確認風向正確，車子無法浮起著實讓我有些挫折。後來我拆下風扇組來看，看到風扇的葉片形狀有不同，有一面是平面的，另一面是有圓弧的形狀，認為這影響了風力的大小。我將葉片改成圓弧向外，平面者向內，先試排氣方向正確之後，裝回測試，氣墊車浮起了，讓我知道了原因所在，原來扇葉也會影響；另外採用直立式保麗龍支撐馬達，除可增加支架強度外，更可使馬達上方遮蔽空間減少，增加進氣量及提昇浮力。
B老師眼睛直視馬達組…B老師組裝好氣墊車各項元件，打開開關，氣墊車真的動了起來，不過是原地打轉(問題解決-問題發現001)。為了讓氣墊車能夠浮起，我做了二項更動。一是將氣墊車的下擺減少一層的高度，原先我裝了二層，後來看到車子移動得很緩慢，我認為是風力太弱了。後來我拆下一層之後，車子浮起且移動得很快，所以我覺得氣室的下擺高度很重要。(經研究者觀看B老師的氣墊車成品，除了下擺稍高了些，他的進氣孔支架遮蔽率也太大了，阻礙了空氣的流動)第二項是我用了別人已試做成功的風扇組，而不是自己重新組裝風扇組，不然我又要像A老師一樣，要花不少時間來排除風扇的問題。
發現：A老師發現葉片形狀與與葉片裝設會影響氣墊車的浮起，馬達支架採直立式除可增加支架的強度外，更可減少進氣部位的遮蔽，進而增加進氣量及提昇浮力；B老師知道氣室下擺的高度會影響車子浮起，但未能注意到進氣部位的遮蔽率大小也會影響。
3.解決氣墊車行進方向：
A老師製作前進動力馬達座及安裝第二顆馬達(思考-判斷005)，製作四片小保利龍板，圍住第二顆馬達並用保利龍膠黏接固定之，車尾黏製作三小片保利龍板疊高作為動力風扇基座(經驗-認知001) 。此時氣墊車是往右45度角行進(圖1)。更換車尾動力的位置，改為在正後方，測試結果為氣墊船已經可以直線前進，而且速度很快 (圖2)。有了失敗的經驗，除了參考老師提供巿面銷售氣墊船的模型，它在尾端設置二組往前推力的風扇組。我決定製作另一組推進動力，來改變氣墊車原地打轉的現象。製作結果，覺得擺放的位置要在車尾，除了可避免往前推力所需的空氣與往下的空氣不會互相干擾之外，更重要是氣墊車控制方向的動力一定要在正中心點，如此氣墊車才不偏斜前進。
B老師將氣墊車移至地板，打開電源，只見氣墊車以順時鐘方向原地打轉(問題解決-問題發現001)看著車子原地打轉，隨手在車身尖形處放下一個小刀片，車子仍原地打轉。將小刀片移至另一端試試，車子仍原地打轉(問題解決-解決策略003)。B老師又將小刀片移至馬達的右側，車子仍原地打轉。最後B老師採隨意放置一個美工刀盒的方式，想找出讓車子往直線前進的方法，試了好幾個不同的位置，車子仍像個不受控制的陀螺繼續原地打轉(問題解決-策略評估004)。當時看著車子像個無頭蒼蠅般旋轉，心中閃過的念頭是放置一個重物。因為在接近中午時，曾看老師播放大學部學生如何調整氣墊車，使它能直線前進的片斷影片，原來是採用重心偏角的方法。為了有所創新，我採用尋找車子的重心所在，以減緩其偏轉的程度。剛開始我用小刀片，以為可以解決這個問題，結果連續放置不同的位置，但都於事無補，可能是小刀片重量太輕了。後來改放置較重的物品，嘗試放了不同的位置，結果都是無法改善，只好放棄這個解決方法。
發現：A老師在解決問題時，有參考巿售氣墊船的推進動力裝置位置並考慮到車子運動方向，在嘗試第一次解決方法時，看到車子呈45度角前進的事實，隨即調整其動力位置，後來成功地製作完成。B老師在排除氣墊車旋轉方向時，其解決問題考慮的因素不夠周延，以致採用任意置放重物的方式，結果皆未能成功。
(四)思考能力
1.觀察葉片有無碰觸氣室壁：
A老師用量尺量所畫出的圓是否正確(問題解決-策略評估004) …A老師覺得這個圓真難修飾，因為筆心彎了，造成所繪的圓不太圓(思考-歸納001) …A老師改將筆心插在風扇的孔上，將其插在中心點上，覺得要畫大一點才好，大約比風扇的直徑大5mm左右。A老師將組裝好的風扇組，放在割好的車墊上，讓風扇旋轉，檢查有無碰觸(思考-批判006)。我覺得自己做這個科技活動，我很小心注意，因為老師要我們互相觀察製作過程，一定有他的用意。因此對於所遭遇的問題，我都抱著小心奕奕的態度，其實這也是科技人所應抱持的學習態度。B老師將風扇放入氣室的位置，檢查是否有碰觸到邊緣(問題解決-釐清問題002)。研究者從影片看到B老師只是大略地看了看，並無仔細量測的情形。我認為觀察風扇有無碰觸氣室壁是簡單的問題，不必大費周章地將各種工具準備妥當，大略的比一比即可。
發現：A老師除了先備知識比B老師充實外，更重要的是他的學習態度，由於學習態度的嚴謹，影響他的問題解決方式。B老師因觀察不夠仔細，因此對於問題發生與解決,皆抱持鬆散的態度來應對，比較不嚴謹。
2.解決偏轉的問題
B老師在解決氣墊車偏轉時的思考方式：(1)原先是以四塊小保麗龍塊來黏貼馬達…同學使用膠帶來固定，效果不錯，就跟著採用。(2)為了讓氣墊車能夠浮起，我做了二項更動…車子浮起且移動得很快，我覺得氣墊車下擺的高度很重要。(3) 當時看著車子像個無頭蒼蠅般旋轉…嘗試放了不同的位置，結果都是無法改善，只好放棄這個解決方法。(4)製作往前推進的風扇組，另做一個電池組，電池組放置在原馬達組的正上方(問題解決-解決策略003)(圖3)、(圖4)。B老師將車子的驅動裝置妥當，將車子移置地板，開啟二個電池組，只見二只風扇發出唧唧的聲音，但車子仍在原地不動(思考-分析02)。 B老師將往前推進的風扇組更換位置，改為放置在車子的尾端(問題解決-評估006)。我一直抱持著要創新，因為老師要求下午創作的同學要有創新的動作，因為心中一直抱著要與眾不同的心態來製作氣墊車，結果發覺自己走了不少的冤枉路，浪費不少時間。其實我的解決方式，在上午時同學已有遇到類似狀況，只是我不採用他的解決方式，總認為自己可以找到其他的方法，但事實證明「我錯了」。
發現：B老師因先備知識之影響，心中抱著要創新、要與眾不同的思考方式，以致未能參考他人解決同樣問題的方法，浪費不少時間。反觀A老師，雖然他的先備知識比 B老師豐富，但是在製作過程中，抱著細心、謙虛、與人分享的態度，終究能解決所遇到的問題。
(五)問題的察覺能力
由於A、B二位老師的先備知識不同，因此在問題的察覺能力方面有明顯的不同。
1.氣墊車的中心點繪製：A老師採用模仿的方式，在繪製長方形車體的中心點時，依數學學習經驗繪製。 B老師以五邊形為車室底座，他採用長方形中心點繪製的方法，從數學的角度來看，B老師取五邊形中心點的畫法是錯誤的。
2.氣室的下擺高度會影響氣墊車的浮起與前進：A老師於觀察老師提供的模型時，有注意到下擺的高度需隨車型的大小而改變高度的設計；B老師於上午先行觀察A老師的製作，但未能注意此點，因此於下午的製作過程時仍發生相同的問題，將黏貼兩層的下擺切除掉一層，造成時間的浪費。
3.電池組的支架採直立式設計，同時要考慮到遮蔽率的大小：A老師改變進氣結構，採用兩塊直立保麗龍支持馬達，欲增加進氣量(思考-歸納001)，採直立式設計可以減少馬達上方遮蔽空間(經驗-認知001)；B老師於上午觀察A老師採用直立式設計，下午製作時採直立式設計，但在遮蔽空間部份未能注意到。
4.裝設第二組推進動力的位置：A老師於上午製作時，第一次裝設在車尾的一角，結果車子呈45度角前進，第二次調整至正後方，車子已能直線往前移動(問題解決-策略評估004)。B老師第一次直接裝設在原氣室的正上方(問題解決-解決策略003)，未能仔細參考A老師於上午解決問題的方法，結果氣墊車無法浮起與移動，第二次才調整至車身尾端。
5.裝設第二組動力時馬達力量的大小：A老師採用比第一組浮起的馬達大的風扇馬達，所以氣墊車能浮起且快速前進；B老師採用比浮起的馬達小的風扇馬達，因此造成B老師認為氣墊車後端太重了的印象(知識-認知001)，造成車子移動緩慢。
6.風扇的擺放方式：A老師再一次用手去檢測氣墊車風扇排氣的方向…A老師用眼睛觀察風扇葉片的狀況…將風扇調整過的氣墊車放至桌上，啓動開關，氣墊車浮起(問題解決-策略評估004)，顯見A老師考慮到風扇的進氣推力與擺放的方式有極大的關聯性。B老師採用A老師先前使用過的風扇組，因此無法觀察出B老師在風扇方面的知識與經驗，但可確認的是B老師此舉可以減少風扇錯誤的發生率。
發現：先備知識多的A老師比先備知識較少的B老師，在問題察覺能力方面有顯著的差異。
研究結果與建議
本研究中，研究者為提升研究結果的正確性、可靠性與有效性，訪談和分析過程皆採用三角測定法(triangulation)(Patton,
1990/1995)，茲分述如下：
1.方法的三角測定(methods triangulation)：研究者運用訪談、文獻蒐集分析、問卷調查的方法，以驗證研究結果的一致性。
2.來源的三角測定(sources triangulation)：研究者先將訪談結果轉譯成逐字稿，請受訪者針對不詳盡或不清楚、錯誤等處再次補足或修正之；最後確認逐字稿無誤，接著將訪談內容予以分類、編碼、建檔，做為編製問卷與撰寫研究報告的依據。
3.分析者三角測定(analyst triangulation)：研究者將訪談後的逐字稿和錄音帶送交不同參位分析者獨立分析，再比較其異同。
4.編碼信度分析：訪談文本編碼的信度分析工作由研究者及兩位現職國小教師等三人共同完成。其公式如下(歐用生，1999)：
根據公式計算結果，三位編碼員的平均相互同意度為0.7546，編碼信度為0.9022，足見編碼歸類的信度良好。
經由本次的觀察紀錄中，建議教師在從事科技教育科目的課程時需注意以下幾點：
一、先備知識對學生學習成果有很大的影響，是解釋學生學習成果的重要變項(variable)。學者(Alexander & Judy, 1988)檢視了大量對學生學習成果的研究，發現這類研究說明:學習者對某一科目所知道的愈多(先備知識)，他們的理解與記憶就愈好。(McCormick & Pressley, 1995)認為，先備知識豐富的學習者，多能得到好的認知學習成果。
二、根據學者斯諾和駱曼(Snow & Lohman,1984)的研究，應對能力水平不同的學生提供不同種類的教學方法：(1)對能力水平較低的學生，應該讓教學措施變得更明瞭、直接和建構化，給他們提供直接的引導式教學；(2)對於能力水平較低的學生，提供適當的學習策略訓練，養成掌握特殊的學習策略和技能，使他們更能彈性地適應學習；(3)對於低能力學生進行預先訓練，使他們事先獲得有關的知識、技能和策略，提昇他們的能力水平，這樣，低能力學生也可以從有意義的傳統教學中受益。
三、學者梅耶等人(Mayer,Stiehl&Greeno,1975)曾做過讓擁有先備知識水平不同的大學生從課本中學習二項式機率的概念，結果發現學生擁有的機率的專門知識多少與教法之間存有相互作用，即先備知識較多的學生運用歸納法成績較好，而先備知識較少的學生運用演繹法成績較好。教師在從事教學活動時，宜先了解學生先備知識的多寡，調整自己的教學法，以收最大的教學效益。
四、在科技活動的學習中，若能將先備知識的連繫到新學習的知識，對學習成效會有很大的幫助；如果學習前已有一些錯誤的觀念，會對學習成果帶來不良的影響(Pressley & McCormick, 1995)。在解決問題的學習中，解決問題的技能和先備知識都很重要(Mayer, 1987)。教師在進行科技活動實驗課程時，宜將各項原理說明清楚，細部的注意事項要提醒學生注意，免得學生只模仿到外相，而未能學到內部的重要知識觀念。對於知識與技能層面的學習，哪些是一學就會的，哪些是需具有先備知識才能學會的，要事先釐清。
五、不少研究（Thorsland & Novak, 1971;Wesney, 1977; Rowell, Gustafson ＆Guilbert,1997）顯示問題解決與先備知識的關係密切。國內學者張俊彥和翁玉華（2000）也認為問題解決能力需以先備知識為基礎。科技教育是要培養學生學以致用與問題解決的能力，學生不僅要了解教師在課堂上教授的原理原則，更要學會動手製作。在製作的過程中，教師宜提供學生透過嘗試、模仿、創新…等各種過程來培養創作能力。
六、王春展(1997)曾以解題策略比較專家與生手在問題解決表現的差異，結果發現專家的類比推理能力較佳，有利於問題解決。教師在進行科技活動課程時，宜將問題察覺力高的學生與問題察覺力較低的學生做一分類，不宜將同質性高的學生編成一組，以免降低學生的創作機會。
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